鋰電池回收新突破!新技術可減少90%能耗和75%溫室氣體排放

2020-11-21 騰訊網

財聯社（上海，編輯 黃君芝）訊，如今的大多數鋰電池都使用稀有而昂貴的金屬鈷作為陰極的一部分，但開採這種材料會給環境帶來巨大的代價。因此，科學家們一直在致力於尋找更環保的替代材料，而磷酸鋰離子就是其中一種。據報導，最新研究還可以進一步提高它的環保性能，一旦用完就可以使用少許能量就能恢復到原來的狀態。

這項研究是由加州大學聖地牙哥分校的納米工程師進行的，重點是研究磷酸鐵鋰製成的陰極電池的回收技術。通過減少鎳和鈷等重金屬，這些類型的電池可以幫助避免礦產地的景觀和水源的退化，同時避免工人在開採時暴露在危險的條件下。

人們對鈷相關問題的認識日益增強，正推動該行業發生轉變，許多人都在尋求替代電池設計，包括IBM和特斯拉這樣的大公司。今年，特斯拉開始銷售採用磷酸鐵鋰電池的Model 3。這些電池更安全，壽命更長，生產成本更低，但缺點之一就是，一旦它們被用完，回收成本很高。

「回收它們並不划算，」加州大學聖地牙哥分校納米工程教授Zheng Chen說：「這和塑料的困境是一樣的——材料很便宜，但回收它們的方法卻不便宜。」

此次研究的突破主要集中在磷酸鐵鋰電池性能退化背後的幾個機制上。當它們被循環使用時，這個過程會推動結構變化，隨著鋰離子的流失，陰極中產生了空位，同時鐵和鋰離子也會在晶體結構中交換位置。這樣就能捕獲鋰離子，防止它們在電池中循環。

研究小組採用了市面上可買到的磷酸鐵鋰電池，並將其消耗到一半的存儲容量。然後，他們將電池拆開，將產生的粉末浸泡在含有鋰鹽和檸檬酸的溶液中，然後將其洗淨、乾燥，並在大約60至80°C的溫度下加熱。隨後將這種粉末製成新的陰極，並在紐扣電池和小袋電池中進行測試，研究小組發現其性能恢復到了初始狀態。

研究人員指出，這是因為這種回收技術不僅能補充電池的鋰離子儲備，還能使鋰離子和鐵離子重新回到陰極結構中的原始位置。這要歸功於檸檬酸的加入，檸檬酸為鐵離子提供了電子，並減少了阻止鐵離子移動到原來位置的正電荷。這一切的結果是，鋰離子可以被釋放出來，並再次循環通過電池。

根據這項研究，與目前回收磷酸鋰離子電池的方法相比，這種技術消耗的能量減少了80%到90%，排放的溫室氣體也少了約75%。雖然這是一個良好的開端，但研究小組表示，還需要進一步的研究，以確定收集和運輸大量此類電池的整體環境足跡。

「下一個挑戰將是弄清楚如何優化這些流程，」Zheng Chen表示，「這將使這種回收過程更接近於行業採用。」

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